Joint analysis of galaxy clustering and weak lensing via simulation-based inference

通过基于模拟的推理对星系团聚和弱透镜效应进行联合分析

基本信息

  • 批准号:
    ST/V004239/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 81.33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Fellowship
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2021 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Physical cosmology is dominated by a successful standard model connecting high-energy physics to observational astronomy, in which the Universe evolves from the "Big Bang" to its present state. However, we currently do not know the cause of the accelerated expansion and the masses of neutrino particles. Precise measurements of the acceleration of expansion will test the validity of general relativity and shed light on the physical nature of dark energy, an unknown form of energy that affects the Universe on the largest scales. Measuring the unknown masses of neutrinos, long thought to be zero, is an important step towards elucidating their essential nature and exploring new physics beyond the standard model of particle physics. This research programme tackles these two enthralling problems.Answering such physical questions requires extracting information from large astronomical data sets with sufficient accuracy. This is a complex problem, since changes to observables when one changes the model away from the standard model are extremely subtle. Advanced techniques are required to tease out the physics. However, existing methods rely on various simplifications and assumptions that at some level do not hold. For the next generation of galaxy surveys, it will be vital to improve upon these.As a response, my techniques represent a radical rethinking of how to analyse data, incorporating of the laws of physics and the working of instruments into computer models used within data analysis. This has only been possible to do at all in the last few years thanks to novel methods that I introduced, including statistical algorithms that drastically reduce the number of model evaluations required, and computational physics techniques that make these evaluations massively parallel. These developments form the basis of the principled methodology that I will follow, known as 'simulation-based inference'.Simulation-based inference using physical computer models will uniquely enable me, for the first time, to exploit complete observed maps of the large-scale structure of the Universe and, thus, to go beyond the results obtained with standard estimators of so-called 'correlation functions'. Consequently, the key innovation that will allow me to address the science goals is a simultaneous analysis of the two main effects observable in large-scale structure surveys: galaxy clustering and weak gravitational lensing. This development is particularly timely and significant in the context of the large-scale observational project of ESA's Euclid satellite, as it will provide unique insights into both aspects of its core programme. The use of physical computer models to jointly analyse galaxy clustering and weak gravitational lensing will reduce statistical and systematic uncertainties, increase the precision of cosmological results, and improve their accuracy with respect to standard methods based on correlation functions.My proposal consists of developing, validating, and applying new physical computer data models for galaxy survey data analysis, in order to address the two scientific objectives. This research constitutes a conceptually entirely new approach to extracting physical information from large-scale astronomical data. The proposed work will culminate with the first joint clustering-lensing analyses of synthetic, then real Euclid data via simulation-based inference. These analyses will produce cosmological information of reference quality, provided by the following deliverables: joint constraints from galaxy clustering and weak gravitational lensing on the acceleration of the expansion, and on neutrino masses.The fellowship will be hosted at the Imperial Centre for Inference and Cosmology.
物理宇宙学由一个成功的标准模型主导,该模型将高能物理学与观测天文学联系起来,其中宇宙从“大爆炸”演变到现在的状态。然而,我们目前还不知道加速膨胀的原因和中微子粒子的质量。对膨胀加速度的精确测量将检验广义相对论的有效性,并揭示暗能量的物理本质,暗能量是一种未知的能量形式,在最大尺度上影响宇宙。测量中微子的未知质量,长期以来被认为是零,是阐明其本质和探索超越粒子物理标准模型的新物理的重要一步。这项研究计划解决了这两个令人着迷的问题。解决这些物理问题需要从大量天文数据集中提取足够精确的信息。这是一个复杂的问题,因为当一个人改变模型远离标准模型时,对可观察量的改变是非常微妙的。需要先进的技术来梳理物理学。然而,现有的方法依赖于在某种程度上不成立的各种简化和假设。对于下一代的星系调查,这将是至关重要的,以改善这些。作为回应,我的技术代表了一个激进的重新思考如何分析数据,结合物理定律和仪器的工作到计算机模型中使用的数据分析。在过去的几年里,由于我引入了新的方法,这才有可能做到,包括大幅减少所需模型评估数量的统计算法,以及使这些评估大规模并行的计算物理技术。这些发展形成了我将遵循的原则性方法的基础,称为“基于模拟的推理”。使用物理计算机模型的基于模拟的推理将独特地使我能够第一次利用完整的观测到的宇宙大尺度结构图,从而超越了用所谓的“相关函数”的标准估计所获得的结果。因此,使我能够实现科学目标的关键创新是同时分析大规模结构调查中可观察到的两个主要效应:星系聚集和弱引力透镜。在欧空局欧几里得卫星大规模观测项目的背景下,这一发展尤为及时和重要,因为它将为其核心方案的两个方面提供独特的见解。利用物理计算机模型联合分析星系团和弱引力透镜效应将减少统计和系统的不确定性,提高宇宙学结果的精度,并提高其相对于基于相关函数的标准方法的准确性。我的建议包括开发、验证和应用新的物理计算机数据模型用于星系巡天数据分析,为了实现这两个科学目标。这项研究在概念上构成了从大规模天文数据中提取物理信息的全新方法。拟议的工作将最终与第一个联合聚类透镜分析的合成,然后真实的欧几里得数据通过模拟为基础的推理。这些分析将产生具有参考质量的宇宙学信息,这些信息将由以下交付成果提供:星系聚集和弱引力透镜对膨胀加速和中微子质量的联合约束。

项目成果

期刊论文数量(5)
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专利数量(0)
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丝状重子以及在哪里可以找到它们本地宇宙网中合并和吸积激波产生的同步加速器辐射的预测
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.5
  • 作者:
    Oei M
  • 通讯作者:
    Oei M
Field-based physical inference from peculiar velocity tracers
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    James Prideaux-Ghee;F. Leclercq;G. Lavaux;A. Heavens;J. Jasche
  • 通讯作者:
    James Prideaux-Ghee;F. Leclercq;G. Lavaux;A. Heavens;J. Jasche
Rubin-Euclid Derived Data Products: Initial Recommendations
Rubin-Euclid 派生数据产品:初步建议
  • DOI:
    10.5281/zenodo.5836022
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Guy Leanne P.
  • 通讯作者:
    Guy Leanne P.
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